硫磺计算.doc

硫磺回收车间培训资料 SHTH-T6.17.00.258 第 7 页 共295 页
基础计算：
一、气体密度
气体具有不可压缩性，其密度随压强和温度的不同有较大的变化，因此气体的密度必须标明其状态。在一般温度、压力下，气体密度可近似用理想气体状态方程式计算。
ρ=PM/RT或ρ=M/22.4×T0P/TP0
M为气体的摩尔质量，kg/kmol; R为气体常数，8.314Kj/(kmol·K)
1、纯气体在标准状态下的密度：
通常简单的粗算法（接近常温常压）
ρ=M/22.4
如： H2S：34/22.4=1.51kg/m3 ; 氮气：28/22.4=1.25kg/m3; H2:2/22.4=0.089kg/m3。
2、混合气体的密度（ρm ）：
忽略温度、压力，简算法：
ρm =Mm/22.4=(M1×Y1＋……Mn×Yn)/22.4
混合气体中各气体分子量与该气体的体积分率乘积的加和÷气体摩尔体积；
如下表燃料气的密度：（44×0.08% ＋32×0.42%＋ ……34×11.68%）÷22.4=23.02/22.4=1.028kg/m3

2#硫磺中干气分子量：19.61，密度：0.875kg/m3 ;净化干气：分子量：18.12，密度：0.809kg/m3 ；
组份
体积分率, Y
分子量, M
平均分子量,Mm

％

CO2
0.08
44
0.04
CO
0.001
28
0.00
O2
0.42
32
0.13
N2
1.85
28
0.52
H2
8.87
2.016
0.18
CH4
50.27
16
8.04
C2H6
17.88
30.1
5.38
C2H4
2.27
28.1
0.64
C3H8
1.72
44.1
0.76
C3H6 ＝
0.52
42.1
0.22
i-C4H10
0.53
58.1
0.31
n-C4H10
1.45
58.1
0.84
n-C4H8 =
0.25
56.1
0.14
t-C4H8 =
0.03
56.1
0.02
c-C4H8 =
0.00
56.1
0.00
i-C5H12
0.05
72.1
0.04
iC4H8=
0.15
56.1
0.08
>C5
1.98
86.1
1.70
H2S
11.68
34
3.98
合计
100.00

23.02
酸性气的密度：
物流名称
酸性气
体积分率％
分子量
平均分子量

H2S
81.044
80.36
34
27.32
CO2
2.780
2.76
44
1.21
CH(C3H8)
1.132
1.12
44
0.49
H2O
8.538
8.47
18
1.52
NH3
7.351
7.29
17
1.24
合计
100.845
100.00

31.79
重度

1.419
空气密度=1.293*(实际压力/标准物理大气压)*(273.15/实际绝对温度)，绝对温度=摄氏温度+273.15通常情况下，即20摄氏度时，取1.205kg/m3。
二 、液体密度：
液体密度主要是根据比重、体积、质量来计算，即密度=质量/体积；密度=比重×水的密度（知道比重的情况下）。

三、流量
1、体积流量=流速×截面积 ；质量流量= 体积流量×密度 =流速×截面积 ×密度 ；
VS=u×A ； G= VS×ρ= u×A×ρ
例1：密度为850㎏/m3的料液从高位槽送入塔中，连接管直径为φ38×2.5mm，进料量为1.62m/s,求体积流量？质量流量？

VS=u×A=u×πd2/4=1.62×3600×3.14×[(38-5) ×0.001]2 =5 m3/h。

G= VS×ρ=4250kg/h

例2：已知某新鲜水阀为Φ57×3.5,用水量为20t/h,试求水在管中的流速?
解:管面积 A=πd2 / 4=π/4（(57－2×3.5)×10-3）2=1.96×10-3m2

流量V=G/ρ= 20m3/h=20/3600m3/s
流速u=V/A=(20/3600)/(1.96×0.001)=2.83m/s 答流速为2.83m/s

流体从粗管道流入细管时的流速关系： u2= u1d21÷d22
四、压强：（俗称为压力）
压强：单位面积上所收到的力称为压强，以“P”，单位：N/m2，也称为帕斯卡（Pa）还有
atm (标准大气压)；at(工程大气压)；kg/cm2 ；mmHg ；mH2O等压强单位。其关系为：
1atm =1.033 kg/cm2 =760 mmHg=10.33 mH2O=1.0133×105 Pa
1at =1 kg/cm2 =735.6 mmHg=10 mH2O= 9.807×104 Pa
已知塔底液面距地面4米，机泵入口距地面0.5米，油品相对密度为0.8，求机泵入口静压。
P=ρ×(h2-h1)=0.8×1000×(4-0.5)=0.28kgf/cm2

五、温度：
与装置有关的温度计算
对流传热计算（换热器）：
对流传热速率Q，
流体被加热： Q=∝ A(TW-T)
流体被冷却：Q=∝ A(T- TW)
∝为对流传热系数，
热量传递中热传导（平壁传导）tW=(t1＋t2)/2
热负荷计算：
Q=qm(H1-H2)
qm为冷、热流体的质量流量，kg/h；H1、H2为热流体最初和最终的焓，J/ kg。

例：有一管壳式换热器，热流进口温度为105℃，出口为50℃，冷流体进口温度为20℃，出口为了40℃，当冷热流体为逆流时，求该管壳换热器的平均温差。
答案：解：冷热流体逆流温度情况为：热流体为：105→50
冷流体为：40→20
所以：△t1＝105－40＝65℃
△t2＝50－20＝30℃

△t1-△t2 65-30
△tm＝ = ＝45.5℃
△t1 65
Ln Ln
△t2 30

答：该管壳换热器的平均温差为45.5℃。

已知某换热器，入口油品热焓为123.5kJ/kg，出口油品热焓为64.5kJ/kg，该油品流量为39t/h，求换热器交换的热量。
答案：解: Q放=F×△G=39×103×(123.5–64.5)=2.30×106kJ
答: 换热器放出的热量为2.30×106kcal。

六、装置计算：
1、双脱收碱：收碱液量（t）=体积×密度×液位
由于同一溶液中不同浓度下的溶质是相同的，所以收碱时可根据方程等式计算收碱液量及稀释的液位。
溶液中溶质=体积×密度×液位×浓度
即：C1V1＝C2V2
例1：以30％NaOH溶液配制5％NaOH溶液10m3,需数30％NaOH多少m3？
解：设需取30％NaOH溶液V1ml
则：V1＝C2V2/C1=0.05×10/0.3=1.7 m3
答：需要30％NaOH容液1.7 m3
例2: 现碱液罐容积为37.5m3，液位10%，收浓度为30%的碱液至40%，加水配制碱液浓度至12%，收多少30%的碱液及加多少水？（20-30%的碱液密度为1.1t/m3）
解：设加水配制稀释12%时液位上升A%
1）37.5×1.1×（40-10）%=12.4 t
2）37.5×1.1×(40-10)%×30%=37.5×1.1×（40%+A%）×12%
A%=35%
需加水：37.5×35%×1=13.1 t

2、再生酸性气负荷、溶剂循环量计算：
酸性气负荷:克分子H2S与分子胺相比即为酸气负荷（H2S的摩尔数与胺的摩尔数之比）

酸气负荷=H2S的质量÷H2S摩尔质量(34)/胺溶质质量÷胺的摩尔质量(119)
nH2S= mH2S ÷ MH2S / m胺 ÷ M胺
根据胺与H2S反应式即反应吸收1公斤H2S需7公斤甲基二乙醇胺,因此计算溶剂循环量可简化

例1：求酸气负荷: 目前装置再生塔的富液量为4000kg/小时,分析富液中H2S为18g/L,溶剂中胺为320g/l,问在这种状态下的酸气负荷为多少?
解:4000×0.018÷34=720÷34=21.18公斤(H2S分子)
4000×0.32÷119=12800÷119=107.56公斤(胺分子)
21.18÷107.56=0.197
答:酸气负荷为0.197

例2：求溶剂循环量: 设计酸气负荷为0.5,目前再生塔处理富液4000kg/h,分析进料富液中H2S为20g/l,溶剂中甲基二乙醇胺为320g/l要达到设计酸气负荷时的溶剂循环量应该为多少?
解:1) 40000×0.02÷34=800÷34=23.53公斤(H2S分子)
2) 40000×0.32÷119=107.56公斤(胺分子)
3) 23.53÷107.5=0.2188(酸气负荷)
4) 0.2188÷0.5=0.4377(即为设计负荷)
5) 40000×43.77=17510.7kg/l
根据反应式得知,吸收1公斤即需要7公斤胺,因此800×7=5600公斤纯胺,把5600kg胺配成32%水溶液的溶剂循环量应是5600×100/32=17500kg

例3：焦化干气来量为5000Nm³/h H2S含量为5.9%,H2S气相密度为1.539kg/m³,要求酸性气负荷控制在0.3时,溶剂的胺浓度为32%的溶剂循环量为多少?(即贫液进塔量)
解：1) 5000×5.9%×1.539=454公斤(H2S气体重量)
2) 454×7=3178公斤(纯胺)
3) 3178÷(0.3÷0.5)= 3178÷0.6=5296.66公斤(胺)
4) 5296.66×100/32=16552.08公斤(水溶液的溶剂)

例4：某脱硫塔进料气流量为1500Nm3/h,H2S含量12%(V)，贫液胺浓度为200g/L,含H2S1.4g/L,如果要求富液的酸性气负荷不大于0.35,脱硫后气体硫化氢含量为0%，求胺液的最小循环量。(H2S分子量为34,MDEA分子量为105,胺液密度约为1000kg/m3)
解：1）进料气中H2S摩尔数=1500×12%/22.4=8.04kmolH2S/h
2）贫液的酸气负荷=（1.4/34)/(200/105）=0.0216molH2S/mol胺
3）溶剂能增加的酸气负荷=0.35-0.0216=0.328molH2S/mol胺
4）最小贫液循环量=8.04/0.328×105/200=12.87m3/h≈12.87t/h

例5、 某脱硫塔进料气流量为10000Nm3/h，贫液胺浓度为300g/L,含H2S为1.0g/L,如果要求富液的酸性气负荷不大于0.35,脱硫后气体硫化氢含量为0%，为节约能耗胺液的最小循环量只能控制在55t/h，那么进料气中的硫化氢含量不能超过多少。(H2S分子量为34,MDEA分子量为105,胺液密度约为1000kg/m3)
解：1）贫液的酸气负荷=（1.0/34）/(300/105)=0.0103molH2S/mol胺
2）溶剂能增加的酸气负荷=0.35-0.0103=0.339molH2S/mol胺
3）
4）进料气中H2S量=55×300×0.339/105=53.27 kmolH2S/h
5)进料气中的硫化氢含量=53.27×22.4/10000=11.93%

例6、 已知某脱硫系统胺液储量为130m3,胺液浓度为250g/L,欲将其浓度提高到300g/L,请计算需补入新鲜胺液(纯度按100%计)多少吨?胺液密度为1000kg/m3
解:1g/100mL=0.01t/m3
新鲜胺液量=(30-25)×0.01×130=6.5t

例7、在焦化干气来量不变,H2S含量仍然在5.9%时,把酸性气负荷提高0.5时,溶剂浓度在30%时胺水溶液需要多少公斤才能满足？
5000×5.9%×1.539=454公斤(H2S气体重量)
454×7=3178公斤(胺)
3178×100/30=10593.4公斤/h的30%胺溶液才能满足要求
推理:{454公斤H2S÷34=13.35公斤(H2S分子)
{10593.4×30%÷119=3.78÷119=26.7公斤(胺分子)
13.35÷26.70=0.5(酸性气负荷)

汽提：
1、已知含硫污水罐V5402C容积为3000立方米，罐的有交效容积按90％计算，每小时含硫污水来量为7.0立方米，污水可装多少时间？
解: 罐的总有效容积＝3000×0.9＝2700立方米
可装时间＝2700/7.0＝385.7h=16d
答：污水可装16d
2、汽提处理量为30t/h，注碱渣量按1.0立升/吨污水控制，接班时碱渣罐液位50%，交班时液位45%，现将碱渣罐液位降至15%，注碱条件不变，问需多长时间（碱渣罐容积37.5m3）。
37.5*(45%-15%)*0.01/37.5*(50%-45%)*0.01/8=47.99h

硫磺：
三种算法如下：
名称
硫回收率
酸性气量计算（物料平衡）法
硫的实际产量
硫回收率＝———————————————×100％
装置处理酸性气总重量
硫的实际产量
＝——————————————————————————×100％
V酸×（H2S％×H2S摩尔质量＋NH3％×NH3摩尔质量＋C3H8％×C3H8摩尔质量）÷22.4
硫潜含量算法
硫的实际产量 硫的实际产量 ×22.4
硫回收率＝—————————×100％＝————————————×100％

酸性气中硫潜含量 V酸×H2S％×32

烟气硫排放算法
酸性气中硫潜含量－烟囱尾气中硫排放量
总硫回收率＝—————————————————————×100％
酸性气中硫潜含量

一：配风的计算
1.酸性气进入炉101,配风按约65%的H2S转化成单质硫，剩余的H2S又有1/3的H2S完全燃烧生成SO2。酸气中烃类完全燃烧生成CO2来配风。
根据反应： H2S+(1/2)O2→S+H2O可知， 1摩尔H2S完全转化生成S需1/2体积的O2。
所需要的O2为：（V× a% ×65% ）×1/2
根据反应：H2S+(3/2)O2→SO2+H2O可知，1摩尔H2S完全燃烧生成SO2需3/2体积的O2。设酸气流量为V，浓度为a%。则1/3的H2S完全燃烧生成SO2所需O2量为：（1-65%）1/3Va%×3/2
两者相加得：所需O2为(V/2)a%
根据反应：
CnH(2n+2)+(3n+1)/2O2→NCO2+(n+1)H2O可知：
1摩尔烃类燃烧生成CO2所需氧气量为(3n+1)/2摩尔的O2，1摩尔氨燃烧生成氮气和水所需氧气量为3/4体积的O2。
设烃类含量为b%
则烃类完全燃烧生成CO2所需O2量为Vb%x(3n+1)/2
所以：酸气进炉后1/3的H2S完全燃烧生成SO2和酸气中烃类完全燃烧生成CO2所需O2量的和为:
Va%/2+Vb%(3n+1)/2=V/2%[a+b(3n+1)]
空气中氧含量占21%，所以所需空气量为
Va%/2+100/21x[a+b(3n+1)]=V/42[a+b(3n+1)]
2.酸性气流量为500m³/h，Ｈ２Ｓ浓度为65％，CO2浓度为33％，烃（C2H6）2％，计算理论配风量及气风比？V204出口过程气做样分析数据：SO2：1％，COS：0.5％，H2S: 0.05％（体积分数），试计算硫的收率？
硫化氢的需氧量：500*65％*1/2=162.5 m³
烃的需氧量：500*2％*3.5=35 m³
总的需氧量：162.5 m³+ 35 m³=197.5 m³
需要空气的量：197.5 m³/21％=940.5m³
根据公式：V/42[a+b(3n+1)] 计算需氧量得：
500/42[65+2(3*2+1)]= 940.5m³
二：转化率的计算
在推导转化率的公式时，可以认为制硫尾气Q尾是酸性气和进炉空气量的总和：即Q尾=Q酸+Q空
而Q尾中含有仍未转化成单质S的SO2、COS、CS2，从进炉H2S的总量减去尾气中含硫化合物剩余的就全转化为H2S。
设酸气流量为Q酸：浓度为a(a百分数)
则转化率= Q酸×a－Q尾（SO2+H2S+COS）
Q酸×a
=1－Q尾（SO2+H2S+COS）
Q酸×a
又因：Q尾≈Q酸+Q空
而 　Q空/ Q酸 =V（气风比）
所以：Q尾=Q酸+Q酸V=Q酸（1+V）
即：转化率= 1－（1+V）（H2S+SO2+COS）
　　　a
由于Q尾< Q酸 +Q空，所以该转化率是个近似值，计算的转化率应稍小于理想转化率。
酸性气流量为500m³/h，Ｈ２Ｓ浓度为65％，CO2浓度为33％，烃（C2H6）2％，计算理论配风量及气风比？V204出口过程气做样分析数据：SO2：1％，COS：0.5％，H2S: 0.05％（体积分数），试计算硫的收率？
硫化氢的需氧量：500*65％*1/2=162.5 m³
烃的需氧量：500*2％*3.5=35 m³
总的需氧量：162.5 m³+ 35 m³=197.5 m³
需要空气的量：197.5 m³/21％=940.5m³
根据公式：V/42[a+b(3n+1)] 计算需氧量得：
500/42[65+2(3*2+1)]= 940.5m³
气风比：940.5m³/500m³=1.881
转化率公式：1－（1+V）（H2S+SO2+COS） 代入数据之后
　　　a
转化率= 1－（1+1.881）（0.05％+1％+0.5％） =93.1％
65
三：硫潜含量及收率的计算
硫的潜含量就是酸性气中的总硫含量。
设酸气流量为Q酸。浓度为a%
则：H2S的摩尔数为（Q酸×a）/22.4摩尔
因为1摩尔H2S中含有32克硫，所以每小时酸气量中H2S中含硫量为：
Q酸 × a ×32 (结果单位为：Kg)
22.4

硫的收率是指实际产硫量与硫的潜含量之比：
即：硫的收率= 硫的实际产量
硫的潜含量
= 硫的实际产量x 22.4
32a×Q酸

酸性气流量为700m³/h，取样分析：Ｈ２Ｓ浓度为45％，CO2浓度为40％，烃（C2H6）2％，8小时内产硫磺3吨，试计算硫磺的理论收率？
硫磺的潜含量= 700*45％*32 = 450Ｋｇ/h　
22.4
3 =83.3％
理论收率= 450Ｋｇ/h * 8

1、某硫磺装置酸性气量为6000立方米,平均含硫为40%,回收硫磺2500kg,求原料中的潜硫量和硫的收率?(Ms=32.06)
解：潜硫=Q酸性气×H2S％×Ms/22.4=6000×40％×32.06/22.4=3435kg
硫收率=回收率/潜硫×100％=2500/3435×100％=72.78%
2、在配风比为2.2的状况下，转化器进出口的分析如下：(入口)硫化氢2.1％二氧化
1.3％ COS 0.9% (出口)硫化氢 1.2％
二氧化硫 0.4％ COS 0.7％
试计算该转化器的转化率。

3、例如，目前准备处理酸性气1650Nm3/h，其中H2S含量为86%，NH3为5.6%，烃类为6.5%(以丙烷为例)，其他组分1.9% 。求炉子配风量？
解：在该工况下计算出配氧量：
H2S=1650×86%×0.5=709.5 Nm3
NH3=1650×5.6%×0.75=69.3 Nm3
烃类=1650×6.5%×5=536.25 Nm3
共需要氧气为709.5+69.3+536.25=1315.05Nm3
需要空气为1315.05×100/21=6262.14 Nm3
配风比为6262.14÷1650=3.79

以下表数据为达标数据：
表-1:
指标名称
计量单位
本季数值
季止数值
能力
吨/年
16210
16210
开工天数
天
92
338
累计开工天数
天
92
259
硫磺(硫酸)产量
万吨
0.441
1.5945
负荷率
%
103.50
101.86
其中：硫化氢含量(质量)
%
89.40
90.10
硫元素含量(质量)
%
84.14
84.8
氨含量(质量)
%
3.22
2.89
烃类含量(质量)
%
0.6
0.6
酸性气处理量率
标立方米/时
1697.3
1695.1
酸性气处理量
万吨
0.536
1.925
能耗
kg标油/吨硫磺（吨硫酸）
-98.12
-88.18
基准能耗
千克标油/吨
-37
-37
硫回收率
%
97.80
97.67
尾气中二氧化硫平均浓度
mg/m3
765.20
685.20
尾气排放合格率
%
100.00
100.00
根据实际运行，计算当班运行负荷率？
实际与设计的比值；如硫磺产量/设计产量×100%；酸气1700m3/h,设计1650m3/h；

序号
指标名称
单位
本月实际
本年累计值
备注
1
工业新鲜水用量
吨
261
3924

2
废水排放总量
吨
1690
17995

2.1
工业废水排放量
吨
1340
14810

a
含油污水排放量
吨
1340
14810

2.2
假定净水排放量
吨
350
3185

2.3
石油类
千克
5.92
60.53

根据总排放量及总排口油含量分析，计算班组每月排放污油量？如：月排放污水量：1340吨，总排口油含量3.5mg/m3，排油量（kg）为1340×3.5×0.001

表-2
序号
指标名称
单位
本月实际
累计值
8.1
工艺废气排放量
万Nm³
380
4093
8.1.1
SO2
吨
1.25
30.2
8.1.2
氮氧化物
吨
0.14
3.3
9
燃料消耗总量
吨
35.651
405.526
9.1
气体燃料消耗量
万Nm³
4.542
51.652
烟气排放量=Q酸+ Q酸 –硫磺量/液硫密度+ Q燃+ 20Q燃
（烟气在线仪正常时，有标态烟气流量显示，可直接取平均值计算SO2排放量）
SO2排放量（t）=烟气排放量（万m3）×SO2浓度（mg/m3）×0.00001
本月动力消耗总量
名称
双脱装置动力消耗
能耗折算系数
吨
412850.00
电 Kwh/t
130471.64
0.26
5850.53
1.0Mpa蒸汽
6025.13
76.0
152.14
除盐水
60.86
2.30
261.00
新鲜水
130.50
0.17
144545.16
循环水
44984.72
0.10
35.651
燃料气
0.00
950.00
0.00
除氧水
0.00
9.20

名称
双脱装置
物料消耗
物料单耗吨/吨
能量单耗 千克标油/吨
加工量 (t)
12114.726
动力消耗
电 Kwh/t
130471.64
10.77
2.80
1.0Mpa蒸汽
6025.13
0.50
37.80
除盐水
60.86
0.01
0.01
新鲜水
130.50
0.01
0.00
循环水
44984.72
3.71
0.37
燃料气
0.00
0.00
0.00
除氧水
0.00
0.00
0.00
小计

40.98
例：某厂月度双脱加工12114吨，消耗如下表，求月度能耗？
月度能耗为∑各物料消耗量÷加工量×能耗折算系数的和

设计干气塔处理量9.45t/h，塔内径：1.6m，根据D2=4v/∏u,得：空塔气速u=1.47m/s；实际处理量10.2t/h，得：空塔气速u=1.56m/s
U =9.45/0.00089/3600*4/3.14/1.6/1.6